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1 引言WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网
玻璃棉生产线由窑炉、成纤、固化炉及冷线成型等系统构成。整个和生产工艺过程较为复杂。同时，因使用液化气和重油作为燃料，对安全的要求特别高，所以生产线对自动控制系统有很高的要求。此前，国内一般厂家都选用智能仪表控制系统，或引进国外的DCS控制系统，性能价格比都不理想。针对其生产过程的控制特点，选用了SIEMENS公司的S7-400软件冗余系统，投用以来，取得较好的控制效果。WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网
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2 系统概况WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网
工艺特点:WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网
(1) 玻璃棉生产兼有连续生产和批次生产的特点,窑炉生产(玻璃液烧熔)是一个连续、不可间断的过程，任何过程的中断都有可能造成不可预测的后果和损失，所以系统对控制的可靠性要求很高;而固化炉及冷线处理系统则只在出产品时运行。WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
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(2) 生产所用燃料是液化气和重油，必须严格控制燃料和助燃风的混合比例，任何比例失调都会造成工艺状况的不稳定，甚至会有爆炸的危险，所以系统对自控回路的精度要求很高。W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
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(3) 生产过程复杂，系统的检测、控制点及PID自控回路较多(见附表)，而且整个系统的生产是一个高度关联的动态平衡过程，各PID回路之间关系密切而复杂，这对PLC系统的性能和软件设计工作都提出了考验。WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
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3 系统结构WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户
固化炉及冷线成型系统由设备厂家自带的的PLC系统控制(S7-300PLC和TP170A)，工艺信息送控制室显示。WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
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控制的重点和难点是窑炉和成纤系统。根据上述的工艺特点，我们采用了CPU和通讯模块的双冗余系统。图1示出系统结构图。WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
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3.1 网络构成W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
整个系统由两级网络构成:主站网和从站网。2台操作站(操作站1、操作站2)、1台工程师站、2台CPU414、1台S7-300组成主站网;5个现场站与CPU414之间组成了从站网。WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
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操作站及工程师站实质上没有任何差别，只是设置操作等级的限制，各站上的操作权限不一样。通过系统管理员的授权(密码控制)任何一个站都可实现其他2个站的所有功能。操作站、工程师站通过MPI卡接入主站网。网络协议为Profibus，通讯速率最高可达12Mbps，考虑到传输距离较远(约200m)，途中电磁干扰较严重，为保证通讯畅通，将通讯速率设置为1.5 Mbps。WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)
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2台CPU414通过PLC通讯模块(CP443)接入主站网，固化炉系统的CPU314则通过CPU上的DP口直接接入主站网。plcjs.技.术_网
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现场站是连接PLC系统和工业现场的接口，所有的输入/输出模块都安装在5个现场站上。每个现场站上都有两块通讯模块(153-2),分别接到2台CPU414的DP口上，组成从站网，通讯协议为Profibus-DP，通讯速率为12 Mbps。P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户
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3.2 系统冗余P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户
为提高系统的可靠性，对控制系统的核心部分CPU及PLC通讯模块都采用了软件冗余技术，两套CPU414处理器、电源模块、通讯控制模块(CP443)分别安装在两块冗余机架上，同时各I/O站上也都装有两块通讯处理模块(153-2)。正常工作时，2台CPU一台为主，一台为从。主CPU执行控制程序，并控制着对应的通讯模块，同时不断地将需要冗余备份的数据发往从CPU;从CPU则处于热备状态，不运行控制程序，只是不停地接受数据，同时判断其自身的运行状态。一旦主CPU停止工作，从CPU立即接过系统控制权，同时主从位置互换，完成无扰动切换。WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
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4 软件设计WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网
(1) 系统软件P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户
PLC系统软件选用STEP7 V5.2软件包，对于系统中的逻辑控制选用梯形图(LADDER)编程，直观、方便;对于模拟量处理和PID回路控制部分则采用语句表(STL)编程，结构紧凑而又灵活。另外，为实现软件冗余，利用SIEMENS公司专门提供的冗余软件包，它实际上是一组系统功能块，供用户在程序中调用、设置，实现用户的软件冗余功能。P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
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上位机软件选用SIEMENS公司的Wincc V5.1组态软件。Wincc功能强大，可方便快捷地组态出各种操作界面。开放式的数据库系统为用户提供了强大的数据管理功能。WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
(2) 应用软件设计WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网
根据该系统具体情况，软件设计过程中着重要考虑的是以下几个方面:WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
·软件冗余;——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
·PID算法;WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网
·安全措施。WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户)
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4.1 软件冗余——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
(1) 在OB100(热启动模块)中调用系统冗余软件包中的系统功能块FC100。WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)
(2) 在OB1中调用系统功能块FB101。程序如下:WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网
CALL "SWR_ZYK" , DB5 //调用FB101WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
DB_WORK_NO :=DB1 //内部数据块WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
CALL_POSITION:=TRUEWWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
RETURN_VAL :=MW110 //返回状态字WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
EXT_INFO :=MW112WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网
A DB5.DBX 9.1 WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
//冗余状态位，判断是否为从站WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网
JC M001——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
CALL FC 50 WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
FC50调用所有的控制程序WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网
M001: NOP 0WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
CALL "SWR_ZYK" , DB5WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
DB_WORK_NO :=DB1WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网
CALL_POSITION:=FALSE //传送结束WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
RETURN_VAL :=MW114plcjs.技.术_网
EXT_INFO :=MW116WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
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(3) 在OB86中调用冗余诊断程序，程序如下:WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)
CALL "SWR_DIAG"WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网
DB_WORK :=W#16#1WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
OB86_EV_CLASS :=#OB86_EV_CLASSP_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
OB86_FLT_ID :=#OB86_FLT_IDWWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网
RETURN_VAL :=MW130WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)
这段程序用来诊断从站的故障信息，如有问题将切换从站通讯模块。WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)
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(4) Wincc中的每个外部变量都连接着CPU中的一个地址，当两台CPU切换时，这些连接地址也要同时切换。WINCC提供了动态向导，可自动产生相关的变量和全局脚本，实现上述转换。WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网
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4.2 PID算法WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网
STEP7提供了两种常用的PID算法:连续型PID(FB41)和离散型PID(FB42)，根据实际要求，选用的是FB41,其框图如图2所示。WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网
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PID算法的输出实际上是比例(P)、积分(I)、微分(D)三部分作用之和:WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
Mn=MPn+MIn+MDnWWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
MPn=GAIN×(SPn-PVn) W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
MIn=GAIN×TS/TI×(SPn-PVn)+MXWWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网
MDn=GAIN×TD/TS×(PVn-1-PVn)P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
式中，WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网
Mn:第n次采样时刻的输出值 WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网
MPn:第n次采样时刻的比例作用，与偏差成正比。 WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
MIn:第n次采样时刻的积分作用，可以消除静差，提P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户
高控制品质。 WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)
MDn:第n次采样时刻的微分作用，根据差值的变化WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
率调节，可抑制超调。 WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网
SPn:第n次采样时刻的设定值WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网
PVn:第n次采样时刻的过程值——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
MX:第n-1次采样时刻的积分作用，每次采样计算后P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
自动刷新WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网
GAIN:回路增益，P参数 WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网
TI:积分时间常数，即I参数WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户)
TD:微分时间常数，即D参数 WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网
TS:采样时间plcjs.技.术_网
根据上述原理框图，结合实际工艺要求，编写程序(以供料道温度回路为例)如下:WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
L DB44.DBD 0 WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)
//温度设定值，浮点型WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网
T #TEMP0WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户
L PIW 524 //温度反馈值WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户
ITD WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
//整型转双整型WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
DTR WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网
//双整型转浮点型W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
L 2.764800e+004WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网
/R WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户)
L 3.200000e+002 P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
//量程范围320度plcjs.技.术_网
*R P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
L 9.800000e+002 //零点是980度——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
+R WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网
T #TEMP1 WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)
//温度反馈对应量程范围980-1300度，WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)